Шарико-винтовая передача: принцип работы, назначение

  • AliExpress
  • Оборудование с ЧПУ
  • Товары проф. использования

Шарико-винтовая передача: принцип работы, назначение Обзор на специфический товар: комплекта ШВП типа SFU1605-1000 в качестве элементов передач ЧПУ станка. В обзоре будет краткая информация о том, что такое ШВП и как ее применять Собственно говоря, при попытке рассчитать и построить любительский ЧПУ станок (фрезер) своими силами столкнулся с тем, что у нас либо дорогие комплектующие для станков, либо не совсем то, что нужно. А конкретно, была проблема с приобретением ходового винта или ШВП в качестве элементов передачи по осям станка.Шарико-винтовая передача: принцип работы, назначение

Существуют следующие типы передач для ЧПУ:

  1. ременные применяются вместе с шестернями в основном для лазеров, так как у лазера легкая «головка»
  2. зубчатые. Это прямозубые или косозубые зубчатые рейки и шестерни для перемещения по ним
  3. ходовые винты бывают типа Т8 (в основном используются в 3Д принтерах и других малогабаритных станках), типа TRR, например TRR12-3 с POM-гайкой (пластиковой).
  4. шарико-винтовые передачи — это винт и гайка к нему. В гайке есть специальные подшипники, которые перемещаются по каналу внутри гайки.

Как правило, выбирают с учетом нагруженности (масса передвигаемого портала/оси) и влиянию люфта. В ШВП люфт меньше за счет подшипников, они считаются точнее и предпочтительнее, но при этом достаточно дороги для самоделок. Шарико-винтовая передача: принцип работы, назначение

Цитата с Вики:

Винтовая передача — механическая передача, преобразующая вращательное движение в поступательное, или наоборот. В общем случае она состоит из винта и гайки….один из основных типов: шариковинтовая передача качения (ШВП).

Шарико-винтовая передача (далее ШВП) — это более надежный аналог ходового винта, но вместо латунной гайки (или пластиковой как для винтов типа TRR-12-3, как у меня на старом проекте) предназначена специальная гайка с шариками, которые входят в зацепление с винтом ШВП, выбирают весь люфт и одновременно снижают трение. Для самостоятельной сборки станка ЧПУ или 3Д принтера на ШВП потребуется винт ШВП, гайка к нему, муфта крепления к двигателю и подвесные подшипники.

Шарико-винтовая передача: принцип работы, назначение Вот небольшой рендер из интернета. Хорошо видно, как шарики распределены по винту. Аналогично Т8, винт ШВП имеет резьбу в несколько заходов.Шарико-винтовая передача: принцип работы, назначение Для станка ЧПУ нужно было для оси Y два комплекта ШВП на 1000 мм, и для X оси: 600 мм. ШВП получил курьерской почтой. Это не дорогой вариант, учитывая вес посылки (около 8 кг).Шарико-винтовая передача: принцип работы, назначение Упаковка представляет собой длинную узкую коробку, внутри картонной упаковки есть упаковка типа синтетического мешка, очень прочный материал. Аккуратно распаковываем. Внутри всем знакомая bubble-wrap, то есть пупырчатая пленка, которая защищает товар от механических воздействий.Шарико-винтовая передача: принцип работы, назначение Убираем пленку. В посылке было три комплекта ШВП: винт+гайка, разного размера. Два комплекта предназначены для перемещения портала станка по оси Y, третий короткий комплект для оси X. Шарико-винтовая передача: принцип работы, назначение Все комплекты завернуты в ингибиторную зеленую пленку, которая препятствует попаданию влаги. Плюс присутствует изрядное количество смазки на поверхности товара.Шарико-винтовая передача: принцип работы, назначение В этом комплекте я доплачивал за оконцовку одного комплекта на 600 мм (так вышло дешевле). Оконцовку (machined) заказывал отдельно у этого же продавца (у него есть такая услуга в каталоге), стоило по 1 баксу за каждый конец винта. Хороший вариант для тех, кто берет винты в конкретный размер.Шарико-винтовая передача: принцип работы, назначение Вот что представляет собой «оконцовка». Это обтачивание винта 16.05 мм до диаметра 12 мм для установки в подвесной подшипник, далее резьбовая часть для фиксации винта, затем обтачивание до 10мм для зажимания конца в эластичную муфту двигателя Посылка дошла в целости и сохранности, курьерская доставка это не почта России. Прикладывал линейку в разных местах, чтобы найти искривление. Не нашел, ШВП ровные. Остальное покажет установка и использование. Фото резьбовой части винтов Внешний вид комплектов И еще. Гайки пришли уже накрученные на винт… Шарики засыпаны внутри, есть смазка. Просите при заказе запасные шарики, хотя бы несколько. Далее начинаем проверять размеры винтов. Короткий на 600 мм. То есть в эти 600 входит резьбовая часть с обоих сторон. Реальный ход по осям станка получится меньше.

Обратите внимание, что в лоте размер указан для винта ШВП вместе с резьбой и обточенными концами, то есть рабочий ход по ШВП будет меньше, чем ее длина! А конкретно на 65 мм меньше.

Второй и третий винты ШВП на 1000 мм Диаметры резьбовой части соответственно 1605 посадочные места под подшипники BK12 и BF12 10 и 12 мм соответственно. И с другой стороны под подшипник. Диаметр самой гайки SFU1605 равен 28 мм.

    Если снять с гайки пластиковую заглушку, то можно обслужить ШВП, смазать или поменять шарики. Проверяю, что все в наличии)))) Собственно говоря, можно снять гайку, протереть ее, заново смазать ее, загрузить шарики обратно. Пластиковая крышка крепится потайным винтом под шестигранник 2.5 (его видно вверху). Для установки ШВП в станок потребуются подвесные подшипники типа BK12+BF12 (прямые) или FK12+FF12 (фланцевые), эластичная муфта 6.35*10mm для подключения к двигателю типа NEMA23 с одной стороны (6.35мм) и к концу ШВП с другой (10 мм). Внешний вид комплекта оси в сборе: подшипники BK12, BF12, стопорное кольцо, гайка для фиксации винта, держатель гайки SFU1605, муфта для двигателя и сам винт с гайкой. Размеры ШВП для тех, кто собирается приобрести или проектирует механику станка И отдельно для SFU1605 Внешний вид гайки SFU1605

    Внешний вид подшипников BK12+BF12 (слева) и подшипников с фланцем FK12+FF12 (справа). Отличаются способом установки на раму.

    Гайка ШВП крепится через специальный корпус-переходник. Держатель для гайки SFU1605, алюминиевый Для монтажа на одну ось (у меня по две на ось для Y стоит) потребуется:

    • 1 x винт SFU1605-1000mm;
    • 1 x подшипник BK12;
    • 1 х подшипник BF12;
    • 1 x муфта двигателя 6.35x10mm
    • 1 x стопорное кольцо
    • 1 x гайка.

    В сборе это выглядит следующим образом:

    • Ссылка на магазин CNA Mechanical Parts

    Через отверстия на подшипнике крепим на профиль/раму станка. Для подшипников FK12/FF12 все аналогично, только крепить из надо фланцем к отверстию под ШВП. Смысл не меняется. Теперь немного видео, поясняющего принцип работы ШВП. Обратите внимание на перемещение шариков (по встроенному каналу внутри гайки). А вот так происходит накатка резьбы на винты ШВП Обработка концов винта ШВП (то, что я называл «machined»). У нас за такую операцию просят 600….1000р, в Китае $1. Следующие фотографии дают общее представление о использовании ШВП в конструкции станка ЧПУ. Вот фото самодельного станка, в котором ШВП зафиксированна неподвижно, а вращается гайка с помощью ременного привода и шестерни В итоге, ШВП является более дорогим и надежным вариантом передач для станков, подходит для перемещения тяжелых порталов с высокой точностью. В зависимости от веса и конструкции станка можно применять SFU1205, SFU1605/1610, SFU2005/ 2010 или еще более массивную SFU2505/2510. Надеюсь, информация была полезная для вас. Ссылка на более дешевый вариант — ШВП SFU1204 Ссылка на демократичный по стоимости вариант TRR-12-3 с пластиковой гайкой Планирую купить +92 Добавить в избранное Обзор понравился +107 +213

    Источник: https://mysku.ru/blog/aliexpress/53475.html

    Описание основных узлов фрезерного станка с ЧПУ

    Станина

          Станина — несущая неподвижная  конструкция (основа) станка, предназначена для крепления, а также перемещения по ней других узлов . Станину в основном льют из чугуна, реже сваривают. 

    Шарико-винтовая передача: принцип работы, назначение

    • Рисунок 1-Станина
    • Чугуны используемые для литья :
    • Серый чугун
    1. Станины небольшого размера  льются из СЧ 21-40 и СЧ 35-56.
    2. Станины для больших и точных станков, а также сложной конфигурацией льются из СЧ 15-32 и СЧ 21-40.
    3. Некоторое применение для литья станины получил азотируемый чугун (содержит алюминий и хром) – повышенная износостойкость. 

    Для сварных станин используют сталь 3 и сталь 4. Сварные являются более дешевыми и легкими, однако, менее жесткими. Их в основном используют при единичном производстве станков.

    Направляющие

    Направляющие, основное их назначение — обеспечение линейного перемещения по осям станка (главное движение  и движение подачи), крепиться к основанию-станине. В зависимости от траектории движения узлов подразделяются на: направляющие прямолинейного и кругового движения. По форме поперечного сечения : ласточкин хвост (трапециевидные), прямоугольные , круглые и др.

    В основном используются двух видов:

    А) Направляющие качения

    Направляющие качения представляют собой опорный элемент при поступательном движении узлов станка. Бывают следующих видов: рельс-каретка, линейный подшипник-вал или рельс-рельс с плоским сепаратором.

    Шарико-винтовая передача: принцип работы, назначение

    Рисунок 2- Направляющие качения

    Рассмотрим подробней комплект рельс-каретка, который чаще всего используются на станках.

    Рельс. Все посадочные места рельсы шлифуются и проходят закалку, в том числе и дорожки качения, необходимые для перемещения тел качения. Каретка направляющей состоит из следующих частей:

    • Корпус
    • Тела качения
    • Обойма, осуществляющая оптимальную рециркуляцию тел качения;
    • Торцевые крышки

    Шарико-винтовая передача: принцип работы, назначение

    1. Рисунок 3-Каретка направляющей
    2. Подразделятся в зависимости от тела качения:
    3. 1)     Шариковые направляющие качения

    Шарико-винтовая передача: принцип работы, назначение

    Рисунок 4- Шариковые направляющие качения

    2)     Роликовые направляющие качения. Используются в высоконагруженных  станках с ЧПУ

    Шарико-винтовая передача: принцип работы, назначение

    • Рисунок 5- Роликовые направляющие качения
    • Ролики в отличие от шариков позволяют увеличивать  жесткость направляющей, ее долговечность и грузоподъемность.
    • Также направляющие качения подразделяются в зависимости от конструктивной формы.
    • Основные преимущества направляющих качения:
    1. Очень низкий коэффициент трения.
    2. Плавное перемещение.
    3. Точность перемещения и позиционирования.
    4. Высокая скорость.

    Недостатки направляющих скольжения:

    1. Подвержены влиянию загрязнений.
    2. Плохо противодействуют скачкам.
    3. Высокая цена.

    Основные производители направляющих качения:

    • BOSCH (Германия)
    • HIWIN (Тайвань)
    • THK (Япония)
    • SKF (Швеция) 
    1. Б) Направляющие скольжения
    2. Шарико-винтовая передача: принцип работы, назначение
    3. Рисунок 6-Направляющие скольжения 

    Направляющие скольжения выполняют ту же функцию, что и направляющие качения. Однако, в данном случае отсутствуют тела качения, а перемещение происходит по трению скольжения. Направляющие данного типа могут  изготавливаться, как одно целое со станиной из серого чугуна (закаленного до твердости 43….

    56 HRC) , также  возможно крепление на винты к станине (накладные направляющие), изготавливаются из стали 40Х (возможно также 15Х, 20Х) закаленной до твердости  57…63 HRC. Важно заметить, что направляющие скольжения из-за больших сил трения , менее точные и имеют менее плавный ход нежели направляющие качения, однако, они более просты и имеют меньшие габариты.

    Читайте также:  Резьба npt коническая дюймовая: параметры, обозначение, применение

    На работоспособность очень сильно влияет температура. 

    По виду трения скольжения существуют следующие направляющие:

    • Гидростатические – смазочный слой образуется подачей под высоким давлением масла в специальные карманы.

    Шарико-винтовая передача: принцип работы, назначение

    Рисунок 7- Гидростатические направляющие скольжения

    •  Гидродинамические направляющие- хорошо работают только при высоких скоростях. В данной направляющей используется гидродинамический эффект- эффект  всплывания подвижного узла. В конструкции присутствуют специальные клиновые скосы и при движении в эти сужающиеся зазоры затягивается смазка.
    •  Аэростатические направляющие- в данном случае вместо масла в карманы под давлением подается воздух. По конструкции похожи на гидростатические направляющие. Имеет недостаток- малая нагрузочная способность.

    Масла для направляющих должны соответствовать  DIN 51 502, ISO 6743-13 и ISO 3498. Всегда идут с различными присадками, улучшающие стойкость к окислению и антикоррозионные свойства, а также противозадирные и противоизностные присадки, антискачковые присадки. Преимущество направляющих скольжения:

    • Жесткость при кручении
    • Минимальный люфт
    • Большая нагрузочная способность
    • Надежность и долговечность работы.

    Производители направляющих скольжения:

    • SCHNEEBERGER GmbH (Германия)
    • ZITEC Industrietechnik GmbH (Германия)
    • item Industrietechnik GmbH
    • KAMMERER Gewindetechnik GmbH (Германия).

    Шарико-винтовая передача (ШВП)

    Следующий узел фрезерного станка —  шарико-винтовая передача (ШВП) .

    Шарико-винтовая передача: принцип работы, назначение

    Рисунок 8- Шарико-винтовая передача

    Основное назначение -это преобразования вращательного движения приводов станка  в возвратно-поступательное  движение исполнительных узлов с использованием механизма циркулирующего шарика между винтом и гайкой. Принцип действия ШВП следующий- в гайке сделаны специальные винтовые канавки, по ним перемещаются тела качения, т.е. между витками винта и гайки.

    Сами шарики (тела качения) движутся по замкнутой траектории при вращении винта и одновременно поступательно перемещают гайку. Число рабочих витков составляет  от 1 до 6. Большее число витков  используется при нагруженных передачах тяжелых станков.

    ШВП изготавливают из высоколегированной стали, подвергаются поверхностной закалке (закалка поверхности с помощью ТВЧ- тока высокой частоты) после шлифуются.

    Основные достоинства шариковинтовой передачи:

    • Высокий КПД, может быть больше 80% (т.к. проскальзывание шариков в ШВП минимальное)
    • Малые потери на трение
    • Высокая нагрузочная способность при небольших габаритах
    • Высокая точность при перемещении
    • Плавный ход

    Недостатки ШВП:

    1. Сложная в изготовлении конструкция.
    2. Высокая стоимость
    3. Ограничение по длине (из-за накапливаемой погрешности)

    Существуют две разновидности ШВП:

    1. Катанные ШВП, в данном случае резьбовой винт накатывается на специальном накатном оборудовании. Они проще в производстве, дешевле.
    2. Шлифованные ШВП. Сначала идет нарезка резьбы далее её шлифуют. Являются более точными, что, в свою очередь, влияет на точность позиционирования и повторяемости станка.

    Производители шарико-винтовых пар:

    • HIWIN (Тайвань)
    • THK (Япония)
    • SKF (Швеция)
    • SBC (Корея)
    • Steinmeyer (Германия)
    • MecVel (Италия).

    Помимо ШВП существуют РВП – ролико-винтовые передачи. В РВП в качестве элемента качения используются ролики, за счет этого увеличивается максимальная грузоподъемность, увеличивается срок эксплуатации, надежность. Однако, стоимость РВП в несколько раз превышает ШВП.

    Шарико-винтовая передача: принцип работы, назначение

    Рисунок 9- Ролико-винтовая передача

    Система ЧПУ- Числовое Программное Управление

    Шарико-винтовая передача: принцип работы, назначение

    Рисунок 8 — Система ЧПУ 

    ЧПУ-  компьютеризированное управление обработкой заготовки по созданной заранее специальной программе , в которой всё представлено виде кодов.

    Принцип работы системы ЧПУ следующий- микроконтроллер подает сигналы (электрические импульсы) на исполнительные узлы станка, а также контроля их перемещения для реализации движения режущего инструмента согласно заданной программе.

    Исполнительными узлами  станка являются электродвигатель подач, электромотор шпинделя и другие системы.  Для мощных станков вместо электродвигателей используют серводвигатель (контроль перемещения осуществляется специальным датчиком положения).

    Система ЧПУ состоит из следующих основных узлов:

    • Микропроцессор- преобразования сигналов.
    • Оперативная память- для хранения текущей информации
    • Постоянная память- для хранения файлов управляющих программ.
    • Устройство загрузки информации (программ)- USB и др.
    • Устройство управление .

    Системы ЧПУ делятся в соответствии со следующими признаками:

    • По числу потоков информации (незамкнутые, замкнутые, самоприспосабливающиеся или адаптивные).
    • В соответствии с приводом: ступенчатый, регулируемый, следящий, шаговый.
    • По числу одновременно управляемых координат.

    Основные производители ЧПУ:

    • FANUC
    • SIEMENS
    • FIDIA
    • Fagor
    • HEIDENHAIN
    • Ижпрэст

    Привода

    Привод – узел, служащий для приведения в действия исполнительного органа станка с требуемыми характеристиками скорости и точности.

    Привода:

    •  Электродвигатели постоянного тока
    •  Электродвигатели переменного тока
    •  Гидродвигатели
    •  Пневмодвигатели

    Для ступенчатого регулирования используют в основном асинхронные двигатели переменного тока, из-за их невысокой стоимости. Для бесступенчатого регулирования используют электродвигатели постоянного тока с тиристорным регулированием.

    Крутящий момент передается от двигателей к рабочим органом с помощью различных передач:

    1. С непосредственным контактом (зубчатые, червячные, храповые, кулачковые)
    2. С гибкой связью (цепные).
    • Рисунок 9- Передачи зацепления
    • Привод подачи для станков с ЧПУ.
    • В качестве привода используется синхронные или асинхронные электродвигатели, управляемые от цифровых преобразователей, передающие и принимающие сигналы от системы ЧПУ станка.
    • В качестве привода главного движения для станков с ЧПУ используется двигатели переменного тока – для больших мощностей и постоянного тока — для малых мощностей.
    • Рисунок 10- Сервоприводы

    Автоматическое устройство смены инструмента (АУСИ,магазины,автооператоры,револьверные головки)

    1. АУСИ — необходимо для смены инструмента в процессе обработки заготовки.
    2. Состоит из двух основных частей:
    3. 1)  Инструментальный магазин для формирования запаса инструмента.

      Инструментальные магазины бывают следующих видов:

    • Дисковый- накопление небольшого количества инструмента до 30 штук.

    Рисунок 11-Дисковый инструментальный магазин

    • Цепного типа. Служит для накопления большого количества инструмента. Конфигурация цепи может быть изменена, за счет это можно увеличить количества инструмента- не значительно увеличивая общий объем магазина. Его можно располагать горизонтально, вертикально, наклонно.

    Рисунок  12- Цепной инструментальный магазин

    Анализ большого количества различных деталей средних размеров, показывает, что 18 % деталей требуют использования не более 10 инструментов, 50 % — до 20; 17 % — до 30, 10 % — 40 и 5 % — до 50 и более инструментов. В связи с этим в основном используют магазины с количеством инструмента равным 30 штук. Магазин может располагаться на шпиндельной бабке, на станине, колонне.  

    2)  Устройство смены инструмента, передающий инструмент из магазина в шпиндель и обратно.

    Существует два типа УСИ:

    А) Без манипулятора  (карусельного типа, «зонтик»). Смена инструмента осуществляется без каких-либо  дополнительных приспособление.  Инструментальный магазин перемещается по оси Х к шпинделю, осуществляет смену инструмента и отходит в первоначальное положение. Приблизительно время смены 7-10 секунд.

    Рисунок 13- УСИ без манипулятора

    Б) С манипулятором. Смена осуществляется с помощью двухплечевого манипулятора за 1,8 сек, сам инструментальный магазин и шпиндель остается при этом неподвижными.

    • Рисунок 14- УСИ с манипулятором
    • Вне зависимости от типа УСИ и инструментального магазина, все инструменты устанавливаются в гнездо магазина с помощью стандартизированной оправки (оправки с коническим хвостовиком 7:24).

    Стружкотранспортер

    Два типа:

    • Винтовой стружкотранспортер используется в основном для отвода мелкой, стружки надлома, скалывания (образует при обработке чугуна, твердых сталей).

    Рисунок 15-Винтовой стружкотранспортер

    • Ленточный стружкоуборончый транспортер, предназначен для отвода сливной стружки (образуется при обработки вязких и мягких материалов).

    Рисунок 16-Ленточный стружкотранспортер

    Источник: http://www.dominik-chel.ru/statja-4-opisanie-osnovnyh-uzlov-frezernogo-stanka-s-chpu

    Шарико-винтовые передачи для станков

    С появлением промышленного производства винтовые передачи стали широко применяться в технике, в частности для перемещения суппортов металлорежущих станков. Развитием винтовых механизмов стали шарико-винтовые передачи (ШВП). Их появление обусловлено созданием нового поколения металлорежущего оборудования — станков с числовым программным управлением (ЧПУ).

    Функциональное предназначение и устройство

    Шарико-винтовая передача: принцип работы, назначение

    Вид профиля впадины винт-гайка: а) арочный контур б) радиусный контур

    Цель рассматриваемого механизма состоит в том, чтобы преобразовать вращательное движение привода в прямолинейное перемещение рабочего объекта. Передача состоит из двух составных частей: ходового винта и гайки.

    Винт изготавливается из высокопрочных сталей марок 8ХФ, 8ХФВД, ХВГ, подвергнутых индукционной закалке, или 20Х3МВФ с азотированием. Резьба выполнена в форме спиральной канавки полукруглого или треугольного сечения. В зависимости от условий работы винта профиль впадины может иметь несколько исполнений. Наиболее часто применяется арочный или радиусный контур.

    Шарико-винтовая передача: принцип работы, назначениеОхватывающая деталь — гайка является составным узлом. Она имеет сложное устройство. Обычно представляет собой корпус, в котором расположены два вкладыша с такими же канавками, как и у ходового винта. Материал вкладных деталей: объемно закаливаемая сталь марки ХВГ, цементируемые стали 12ХН3А, 12Х2Н4А, 18ХГТ. Вставки устанавливают таким образом, чтобы после сборки обеспечить предварительный натяг в системе винт-гайка.

    Внутри винтовых канавок размещаются закаленные стальные шарики, изготовленные из стали ШХ15, которые при работе передачи циркулируют по замкнутой траектории.

    Для этого внутри корпуса гайки имеются несколько обводных каналов, выполненных в виде трубок, соединяющих витки гайки. Длина их может быть различной, то есть шарики могут возвращаться через один, два витка, или в конце гайки.

    Наиболее распространенным является возврат на смежный виток (система DIN).

    Принцип работы

    Винт приводится во вращение от приводного электродвигателя, гайка закреплена неподвижно на рабочем органе станка (суппорт, каретка, шпиндельная бабка, люнет и так далее).

    При этом возникает осевая сила, действующая на шарики, размещенные внутри гайки, под действием которой они начинают катиться в замкнутых винтовых канавках. Сила реакции воздействует на гайку, а поскольку та жестко соединена с перемещаемой деталью, заставляет последнюю перемещаться по направляющим станка.

    В чем состоит отличие работы ШВП от обычной винтовой передачи с трапециевидной резьбой, которая ранее применялась на станках?

      1. При вращении ходового винта прежней конструкции в зоне контакта двух деталей возникало трение скольжения, характеризующееся коэффициентом трения (бронза по стали, со смазкой) f = 0,07–0,1. В механизме с шариковыми элементами действует трение качения с коэффициентом f = 0,0015–0,006. Как видно из приведенных значений, винтовые шариковые передачи требует значительно меньшей мощности приводного двигателя.
      2. Для точного позиционирования каретки или суппорта станка перед остановкой рабочего органа необходимо замедлять скорость его перемещения. По достижении определенного порога минимальной скорости возможны микроостановки — залипания — движущегося узла. В момент возобновления движения его характер определяется трением покоя, которое при скольжении значительно превышает трение движения. Из-за этого возникают рывки, ухудшающие точность позиционирования. При трении качения этот недостаток практически сводится к нулю.

    Быстроходные или скоростные ШВП

    Шарико-винтовая передача: принцип работы, назначение

    Быстроходный ШВП

    Увеличение скорости перемещения гайки относительно винта достигается за счет увеличения шага между канавками, по сравнению со стандартным винтом в 3-5 раз, у обычной ШВП передачи диаметра 16-32мм шаг составляет 5-10мм, у скоростной тех же диаметров — 16-32мм и кратна диаметру винта.

    За счет увеличения скорости перемещения — потери в жесткости и максимальной нагрузки на передачу (большей степени) и точности (в меньшей степени).

    Классификация

    По технологии изготовления ходовые винты бывают:

    • Катаные — с винтовой канавкой, получаемой методом холодной прокатки. Эти винты производятся с меньшими затратами, поэтому обладают лучшим соотношением цена-качество при средней точности изготовления (C5, C7, C9).
    • Шлифованные — относятся к прецизионным изделиям. После нарезания резьбы и последующей термообработки подвергаются шлифованию. Имеют повышенную точность (C1, C3, C5) и более высокую цену.

    По конструкции:

    • Шарико-винтовые — изготовленные согласно стандарту DIN. Шарики возвращаются в смежную канавку по желобу отражателя, встроенного в гайку.
    • Прецизионные — изготавливаются шлифованием. Могут состоять из одной или двух гаек, иметь предварительный натяг (преднатяг) — устранение осевого зазора с целью повышения точности при реверсах и увеличения жесткости привода.
    • Прецизионные с сепаратором — отличаются конструкцией возврата шариков (отсутствует соударение) и шлифованным профилем канавки.
    • Прецизионные с вращающейся гайкой имеют встроенный подшипник, благодаря чему имеют повышенную точность перемещения.
    • Шлицевый вал с шариковыми втулками фланцевого исполнения. При этом вал выполняет функцию внутреннего кольца подшипника. Эта конструкция отличается компактностью и простотой монтажа.
    • Консольное исполнение винта. Применяется для коротких ходовых винтов, не имеющих второй поддержки.

    Технические характеристики ШВП

      Основные параметры:

    • Диаметр и шаг винта — от 16 × 2,5 до 125 × 20 мм.
    • Длина винтового стержня. Ходовые винты для станков с ЧПУ обычно выпускаются с максимальной длиной 2,0–2,5 м, хотя под заказ изготавливают и до 8 метров.
    • Линейная скорость перемещения — до 110 м/мин.
    • Точность передачи — C1…C10.

    Силовые характеристики для некоторых типоразмеров приведены в таблице:

    Силовые параметры шарико-винтовых передач
    Диаметр × шаг, мм Грузоподъемность, Н Осевая жесткость, Н/мкм
    Статическая Динамическая Корпусных ШВП Бескорпусных ШВП
    16 × 2,5 9600 5000 230
    32 × 5 37500 17710 700 760
    50 × 10 112500 57750 1000 1100
    80 × 10 197700 66880 1700 1900
    125 × 20 729000 278000 2850
    Примечание: осевая жесткость указана для класса точности C1.

    Установка передачи

    Выбор ШВП для конкретного оборудования производится в процессе конструкторской разработки, а именно на стадии эскизного проектирования — после того как будут определены величина хода стола и необходимое усилие на винте. Затем уточняют техническое решение:

    • Шарико-винтовая передача: принцип работы, назначениеВыбирают длину винта.
    • В зависимости от необходимой степени точности привода выбирают между обычной и прецизионной передачей.
    • Определяют конструктивный вариант гайки: одинарная, двойная, способ возврата шариков, наличие подшипника и другое. Одинарная гайка дешевле, но в случае износа требует замены, сдвоенную можно регулировать путем подшлифовки компенсатора. Система рециркуляции шариков с помощью трубок несколько увеличивает стоимость гайки, однако допускает возможность ремонта изношенных каналов путем замены обводных трубок.
    • Решают — требуется или нет поддержка свободного конца винта.
    • Уточняют характер соединения корпуса гайки с перемещаемым узлом, а также ведущего конца ходового винта с электромеханическим приводом. Производят динамический расчет, в случае необходимости вносят изменения в конструкцию.
    • Закончив сборку станка, производят испытания всех узлов, в том числе и шарико-винтовой передачи, согласно методике испытаний.

    Область применения

    Шарико-винтовая передача: принцип работы, назначение

    • Приводы подач станков с ЧПУ. Первый серийно выпускаемый в СССР обрабатывающий центр ИР-500 имел 3 координаты обработки. Современные системы содержат значительно большее количество линейных приводов. Например, многошпиндельные автоматы продольного точения Tornos серии MULTI SWISS имеют 14 управляемых осей.
    • Перемещение поршня-рейки рулевого механизма автомобилей (МАЗ, КАМАЗ, Газель).
    • Вертикальное перемещение каретки производственного 3D-принтера VECTORUS серий iPro и sPro.

    Производители:

    • Steinmeyer (Германия);
    • SKF (Швеция);
    • MecVel (Италия);
    • THK (Япония);
    • SBC (Корея);
    • HIWIN (Тайвань).

    Источник: http://zewerok.ru/svp/

    Конструкция и назначение шарико-винтовых передач для станков с ЧПУ

    Для создания станков с программным числовым управлением необходимо использовать шарико-винтовые пары. Они отличаются не только внешним видом, но и конструкцией. Для выбора определенной модели следует заранее ознакомиться со строением и комплектующими ШВП.

    Назначение шарико-винтовых пар

    Шарико-винтовая передача: принцип работы, назначениеКонструкция шарико-винтовой передачи

    Все виды ШВП для станков с ЧПУ предназначены для преобразования вращательного движения в поступательное. Конструктивно состоят из корпуса и ходового винта. Отличаются друг от друга размерами и техническими характеристиками.

    Основным требованием является минимизация трения во время работы. Для этого поверхность комплектующих проходит процесс тщательной шлифовки. В результате этого во время движения ходового винта не происходит резких скачков его положения относительно корпуса с подшипниками.

    Дополнительно для достижения плавного хода применяется не трение скольжение относительно штифта и корпуса, а качение. Для получения этого эффекта применяется принцип шариковых подшипников. Подобная схема увеличивает перегрузочные характеристики ШВП для станков с ЧПУ, значительно повышает КПД.

    Основные компоненты шарико-винтовой передачи:

    • ходовой винт. Предназначен для преобразования вращательного движения в поступательное. На его поверхности формируется резьба, основная характеристика — ее шаг;
    • корпус. Во время движения ходового винта происходит смещение. На корпус могут устанавливаться различные компоненты станка: фрезы, сверла и т.д.;
    • шарики и вкладыши. Необходимы для плавного хода корпуса относительно оси ходового винта.

    Несмотря на все преимущества подобной конструкции шарико-винтовые передачи для ЧПУ применяются только для средних и малых станков. Это связано с возможностью прогиба винта при расположении корпуса в его средней части. В настоящее время максимально допустимая длина составляет 1,5 м.

    Аналогичными свойствами обладает передача винт-гайка. Однако это схема характеризуется быстрым износом комплектующих из-за их постоянного трения между собой.

    Области применения ШВП

    Шарико-винтовая передача: принцип работы, назначение

    Относительная простота конструкции и возможность изготовления шарико-винтовой передачи с различными характеристиками расширяет область его применения. В стоящее время шарико-винтовые пары являются неотъемлемыми компонентами самодельных фрезерных станков с числовым программным управлением. Ну на этом область применения не ограничивается.

    Благодаря своей универсальности ШВП могут устанавливаться не только в станках с ЧПУ. Плавный ход и практические нулевое трение делают их незаменимыми компонентами в точных измерительных приборах, установок медицинского назначения, в машиностроении. Нередко для комплектации самодельного оборудования берут запчасти от этих приборов.

    Это стало возможным благодаря следующим свойствам:

    • минимизация потерь на трение;
    • высокий коэффициент нагрузочной способности при небольших габаритах конструкции;
    • низкая инертность. Движение корпуса происходит одновременно с вращением винта;
    • отсутствие шума и плавный ход.

    Однако следует учитывать и недостатки ШВП для оборудования ЧПУ. Прежде всего к ним относятся сложная конструкция корпуса. Даже при незначительном повреждении одного из компонентов шарико-винтовая передача не сможет выполнять свои функции. Также накладываются ограничения на скорость вращения винта. Превышение этого параметра может привести к появлению вибрации.

    Для уменьшения осевого зазора сборка выполняется с натягом. Для этого могут устанавливаться шарики увеличенного диаметра или две гайки с осевым смещением.

    Характеристики ШВП для оборудования с ЧПУ

    Шарико-винтовая передача: принцип работы, назначение

    Для выбора оптимальной модели шарико-винтовой передачи для станков с числовым программным управлением следует ознакомиться с техническими характеристиками. В дальнейшем они повлияют на эксплуатационные качества оборудования и время его безремонтной эксплуатации.

    Основным параметром ШВП для станков с ЧПУ является класс точности. Он определяет степень погрешности положения подвижной системы согласно расчетным характеристикам. Класс точности может быть от С0 до С10. Погрешность перемещения должна даваться производителем, указывается в техническом паспорте изделия.

    Класс точности С0 С1 С2 С3 С5 С7 С10
    Погрешность на 300 мкм 3,5 5 7 8 18 50 120
    Погрешность на один оборот винта 2,5 4 5 6 8

    Кроме этого при выборе нужно учитывать следующие параметры:

    • отношение максимальной и необходимой скорости мотора;
    • общая длина резьбы ходового винта;
    • средние показатели нагрузки на всю конструкцию;
    • значение осевой нагрузки — преднатяг;
    • геометрические размеры — диаметр винта и гайки;
    • параметры электродвигателя — крутящий момент, мощность и другие характеристики.

    Эти данные должны быть предварительно рассчитаны. Следует помнить, что фактические характеристики ШВП для оборудования с ЧПУ не могут отличаться от расчетных. В противном случае это приведет к неправильной работе станка.

    Количество оборотов шариков за один круг определит степень передачи крутящего момента от вала корпусу. Этот параметр зависит от диаметра шариков, их количества и сечения вала.

    Установка ШВП на станок с ЧПУ

    Шарико-винтовая передача: принцип работы, назначение

    После выбора оптимальной модели необходимо продумать схему установки ШВП на станок с ЧПУ. Для этого предварительно составляется чертеж конструкции, закупаются или изготавливаются другие компоненты.

    Во время выполнения работы следует учитывать не только технические характеристики шарико-винтовой передачи. Основное ее предназначение — движение элементов станка по определенной оси.

    Поэтому следует заранее продумать крепление блока обработки к корпусу ШВП для станков с ЧПУ. Необходимо сверить размеры посадочных отверстий, их расположение на корпусе.

    Следует помнить, что любая механическая обработка шарико-винтовой передачи может повлечь за собой негативные изменения ее характеристик.

    Порядок установки в корпус станка с ЧПУ.

    1. Определение оптимальных технических характеристик.
    2. Измерение длины вала.
    3. Создание схемы сопряжения монтажной части вала с ротором двигателя.
    4. Установка передачи на корпус станка.
    5. Проверка работоспособность узла.
    6. Подключение всех основных компонентов.

    После этого можно выполнить первый пробный запуск оборудования. В процессе работы не должно возникать колебания и вибрации. В случае их появления выполнять дополнительную калибровку компонентов.

    При поломке ШВП во время эксплуатации станка с ЧПУ ремонт передача можно сделать самостоятельно. Для этого можно заказать специальный комплект. С особенностями проведения восстановительных работ можно знакомиться в видеоматериале:

    Источник: http://StanokGid.ru/osnastka/shvp-dlya-chpu.html

    Винтовая передача

    16.05.2017

    Здравствуйте, друзья!

    Давно собирался написать статью о таком распространенном узле трения, как винтовая передача и смазочных материалах для неё.

    В чём особенность этого узла трения? Главный фактор, определяющий особенности работы винтовой пары, это граничный режим трения. Граничное трение создает условия для возникновения задира.

    Задир в паре винт-гайка приводит к износу этих деталей и увеличению осевого и радиального зазора в ней.

    Учитывая важность кинематической точности винтовой передачи, которая используется, как правило, в механизмах перемещения рабочих органов станков, защита от износа и задира выступает важнейшим требованием к смазочному материалу.

    Шарико-винтовая передача: принцип работы, назначение Рис. 1 Винтовая передача. Пара винт-гайка  

    Винтовые пары станочного оборудования смазываются различными способами. «Великовозрастные» универсальные токарно-винторезные станки с незапамятных времён, как правило, смазываются индустриальными маслами, которые служат универсальным смазочным материалом «на все случаи жизни».

    Современные станки и обрабатывающие центры, оборудованные автоматическими централизованными системами (АЦСС), смазываются специальными маслами и смазками.

    В частности, винтовые передачи смазываются либо специализированными маслами с антискачковым эффектом, либо пластичными смазками с усиленными противозадирными свойствами.

    Для повышения точности и износостойкости винтовых передач производитель современного оборудования широко применяет шарико-винтовые передачи (ШВП), в которых трение скольжения заменено на трение качения. На рисунке 2 показана шарико-винтовая передача фрезерного станка с ЧПУ.

    Шарико-винтовая передача: принцип работы, назначение Рис. 2 Шарико-винтовая передача  

    Обсудим теперь, чем же смазывать винтовые и шарико-винтовые передачи. Кстати, смазки для них требуются принципиально различные. Обусловлено это вышеупомянутыми режимами трения.

    Винтовая передача, построенная на паре винт-гайка, работает с трением скольжения. Шарико-винтовая передача работает с трением качения. Как мы знаем, это совершенно разные виды трения.

    Соответственно, смазочные материалы требуются различные.

    Заметим, что пара винт-гайка по характеру трения близка к подшипнику скольжения. В то время как шарико-винтовая передача напоминает шариковый подшипник качения. Значит, принцип подбора смазки винтовых передач аналогичен подбору смазок для подшипников.

    Итак, для шарико-винтовых передач требуются «чистые» смазки без твёрдых смазочных добавок в виде графита, дисульфида молибдена и т.п. Оптимальная вязкость базового масла с учётом скоростей и механических нагрузок в ШВП — 220 сСт при 40⁰С.

    Обязательно наличие противоизносных и противозадирных присадок, которые обеспечивают стойкость против износа ШВП. В характеристике смазок, легированных противозадирными присадками, это указывается в виде аббревиатуры ЕР (Extreme Pressure).

    Рассмотрим на примере продукции российской компании АРГО смазки для ШВП. Для данного применения оптимально подходит смазка Elit HD EP2 на литиевом загустителе и минеральном базовом масле 220 сСт. Вот её характеристики:

    Характеристика Метод ARGO Elit HD EP2
    Загуститель Lithium
    Диапазон рабочих температур, ºС -30..+130
    Классификация смазок DIN 51502 KP2K-30
    Цвет смазки Визуально Коричневый
    Класс консистенции NLGI DIN 51 818 2
    Пенетрация 0,1 мм DIN ISO 2137 265-295
    Вязкость базового масла при 40ºС, мм2/с DIN 51562-1 220
    Температура каплепадения, ºС DIN ISO 2176 190
    Нагрузка сваривания, Н DIN 51350 2930

    Не стоит, однако, исключать и дополнительные факторы. Винтовая передача может, например, работать в контакте со смазочно-охлаждающей жидкостью (СОЖ) на водно-эмульсионной основе. В этом случае требуется смазка с повышенной водостойкостью. Обычно это смазки на кальциевом или литиево-кальциевом загустителе. Компания АРГО для этих условий рекомендует нам смазку ElitCa 220 EP2. Она идеально подходит как для влажных условий, так и для сухих.

    Наряду с ШВП по-прежнему встречаются винтовые передачи на основе пары винт-гайка. Трение скольжения в таких парах определяет использование в смазках модификаторов трения, предотвращающих задир при высоких нагрузках и низких скоростях.

    В качестве смазочного материала обычно используются смазки с твёрдыми смазочными добавками в виде графита или дисульфида молибдена. Эти смазки легко отличить по цвету, который варьирует от тёмно-серого до черного. Смазки на основе графита стоят более дёшево, но менее эффективны.

    Смазки с добавлением дисульфида молибдена хотя и дороже, но их трибологические свойства значительно выше графитных смазок.

    В качестве примера рассмотрим смазку с добавкой дисульфида молибдена ARGO Elit M EP2. Вот её характеристики:

    Характеристика Метод ARGO Elit M EP2
    Загуститель Lithium
    Содержание MoS2, % 3
    Диапазон рабочих температур, ºС -30..+130
    Классификация смазок DIN 51502 KPF2K-30
    Цвет смазки Визуально Темно-серый
    Класс консистенции NLGI DIN 51 818 2
    Пенетрация 0,1 мм DIN ISO 2137 265-295
    Вязкость базового масла при 40ºС, мм2/с DIN 51562-1 150
    Температура каплепадения,ºС DIN ISO 2176 190
    Нагрузка сваривания, Н DIN 51350 3920

    Несмотря на простоту принципа подбора, вопрос не следует упрощать, помня о том, что любые твёрдые смазочные добавки это кристаллические вещества, которые при высоких скоростях способны создавать абразивный эффект. То, что защищает при малых скоростях, при высоких скоростях может способствовать повышенному износу. В таких случаях следует руководствоваться рекомендациями производителя оборудования – конструкторы за нас с вами всё просчитали и испытали. Нам следует только выполнять их требования.

    Однако «железно» привязываться к конкретным смазкам тоже не следует. Ведь главное, знать какими свойствами смазочный материал должен обладать. Зная требования производителя оборудования, подобрать смазочный материал будет не сложно.

    Но как производитель оборудования формулирует свои эксплуатационные требования? Всё очень просто: уважающий себя производитель требования к смазкам выражает в виде буквенно-цифрового кода по классификации DIN 51502 или ISO 12924.

    • Рассмотрим примеры кодификации смазок. Вот пример наиболее распространённого типа смазки для винтовых передач по DIN 51502:
    • KP2K-30
    • Расшифруем его:
    •             К          – смазка для подшипников качения и скольжения,
    •             Р         – смазка содержит противоизносные и противозадирные присадки,
    •             2          – класс консистенции по NLGI, который характеризует смазку как мягкую,
    •             К          – максимальная рабочая температура до +120⁰С,
    •             -30       – минимальная температура использования минус 30⁰С.

    Из расшифровки типа смазки видно, что это «чистая» смазка без добавок, которая предназначена для смазывания всех шарико-винтовых, а также высокоскоростных гаечно-винтовых передач. Кстати, приведенная выше смазка ARGO Elit HD EP2 соответствует этому типу.

    1. А вот пример типа смазки для тихоходных передач винт-гайка:
    2. KPF2K-30
    3.             К          – смазка для подшипников качения и скольжения,
    4.             Р         – смазка содержит противоизносные и противозадирные присадки,
    5.             F          – в составе смазки содержатся твёрдые смазочные добавки,
    6.             2          – класс консистенции по NLGI, который характеризует смазку как мягкую,
    7.             К          – максимальная рабочая температура до +120⁰С,
    8.             -30       – минимальная температура использования минус 30⁰С.
    9. Этому типу как раз соответствует смазка ARGO Elit M EP2.

    На этом статью завершаю и приглашаю к диалогу вопрос-ответ на конкретных примерах. Напоминаю свой e-mail: pavel.n@tpgargo.ru .

    Смазки из статьи:

    Источник: http://tpgargo.ru/press-czentr/blog/vintovaya-peredacha

    Назначение, преимущества и обслуживание шарико-винтовых передач

    Шарико-винтовая передача: принцип работы, назначение

    Важнейший показатель качества техники в ряде промышленных отраслей (машиностроительной, металлообрабатывающей и др.) – точность, иными словами соблюдение соответствия размеров изготавливаемой детали указанным на чертеже.

    В процессе работы станочного оборудования траектория перемещения рабочих органов и суппортов обеспечивается направляющими, а шарико-винтовые передачи (ШВП), которые преобразуют вращательное движение в линейное, отвечают за точное позиционирование.

    ШВП включает в себя винт и шариковую гайку с расположенными внутри нее шариками. Они курсируют по замкнутой линии между винтовой направляющей и резьбовыми нитками, тем самым обеспечивая поступательное движение. После очередного витка вокруг винта шарики попадают в специальную канавку и возвращаются по ней на исходную.

    Шарико-винтовые пары имеют высокий КПД (более 80 %) и повышенную износостойкость ввиду низкого коэффициента трения. Помимо этого, для ШВП характерны высокая нагрузочная способность и точность передачи.

    В работе они отличаются плавностью, бесшумностью и сравнительно невысоким нагревом.

    Шарико-винтовые передачи имеют возможность продолжительной непрерывной эксплуатации, а также их можно использовать с маломощными двигателями.

    Кроме того, для данного узла не последнюю роль играет шаг резьбы. Чем он больше, тем выше скорость пары, однако ниже показатель точности позиционирования.

    Исходя из способа производства, выделяют шлифованные и катаные ШВП.

    В первом варианте после нарезания резьба шлифуется, во втором – ее нанесение на винт осуществляется накаткой, то есть выдавливанием витков на металлической поверхности.

    Шлифованные шарико-винтовые передачи имеют повышенную точность позиционирования, но при этом обладают высокой стоимостью. Также различают прецизионные и транспортные ШВП.

    На сегодняшний день существует несколько классов точности таких передач (С0, С1, С2, С3, С5, С7, С10). Данный параметр отвечает за величину погрешности позиционирования гайки во время ее перемещения вдоль винта.

    Высокоточные шарико-винтовые пары применяются в современном промышленном и прецизионном станочном оборудовании. Они позволяют обеспечить точность позиционирования до 6 мкм на отрезке перемещения 30 см. В связи со сложностью изготовления и сравнительно высокой стоимостью ШВП требуют качественных смазочных материалов для их обслуживания.

    В условиях высоких линейных скоростей, частот вращения; при воздействии больших сил ударных нагрузок и резания происходит износ поверхностей, задиры, рывки во время движения и вибрации, что гарантированно отражается на качестве работы узла.

    Для обработки ШВП превосходно подходит универсальная смазка Molykote Multilub, изготовленная на основе минерального масла. В качестве загустителя в данном смазочном материале используется литиевое мыло.

    Низкая испаряемость масла, хорошая стойкость к окислению и противозадирные присадки в составе смазки Molykote Multilub гарантируют длительный срок эксплуатации оборудования без ремонта и частого повторного смазывания.

    Возврат к списку

    Источник: https://vils.ru/articles/naznachenie-preimushchestva-i-obsluzhivanie-shariko-vintovykh-peredach/

    Ссылка на основную публикацию
    Adblock
    detector